一种批量催化剂洗涤用设备

本发明涉及燃料电池催化剂设备，具体而言，尤其涉及一种批量催化剂洗涤用设备。

背景技术：

1、传统的石化能源面临着枯竭以及环境污染问题，新能源的发展变得日益迫切。质子交换膜燃料电池作为一种能量转换装置，可将燃料如氢气、甲醇等中的化学能直接转换成电能，具有能量密度高、效率高、环境友好等特点，是电动汽车的理想动力源，亦被视为未来便携式电源及固定电站等领域的潜在电源，一直是研究和开发的热点。

2、在燃料电池中，电催化剂扮演者电化学反应的工厂的作用，是电池中的核心材料，电催化剂的研制也是燃料电池的关键技术之一。目前，我国已经有大量研究者进行电催化剂的放大生产工艺方面的研发，但是制备的电催化剂在性能以及耐久性方面仍有点差强人意。当然，影响电催化剂性能的因素有很多，诸如原材料的选择以及制备工艺等方面，尤其在批量化制备催化剂工艺过程中后序处理环节中也有很多影响。

3、在传统的电催化剂洗涤过程中，往往采用离心、抽滤等方法，这些方法是从实验室演变而来，在批量化处理过程中存在很多的限制，如洗涤效率低，离心洗涤的方式往往需要经过多次离心和清洗，而且仍不能完全清洗干净；抽滤洗涤能够连续化清洗，但是只是适合实验室少批量的样品洗涤，这是由于如果洗涤量太多，形成的滤饼会阻碍下层催化剂的洗涤效果；此外，以上两种洗涤方式往往处于静态过程，很容易造成过滤装置的滤芯微孔的堵塞以及洗涤不彻底，一方面严重影响了催化剂的洗涤效率，另一方面残留的杂质离子严重影响催化剂的电化学性能和使用寿命。

4、因此，在批量化制备催化剂的洗涤阶段，催化剂的清洗是非常关键的环节。有必要提供一种洗涤用设备，用以解决上述问题。

技术实现思路

1、根据上述提出现有电催化剂洗涤过程中对于批量处理中的诸多限制，影响洗涤效果的技术问题，而提供一种批量催化剂洗涤用设备。本发明主要通过在抽滤的同时加入充气机构，利用气体鼓泡滤芯上方形成气流层，避免过滤时催化剂颗粒下沉至滤芯上堵塞滤芯孔径；同时外置溶剂储存罐，可以在外围不停的补充去离子水实现连续洗涤；另外，设计升降式过滤筒，供催化剂溶液在内过滤形成滤饼后，由升降式过滤筒上升以便滤饼的取出。本发明可以实现批量催化剂的连续化洗涤，并且避免洗涤过程中滤芯堵塞以及洗涤不彻底等现象。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种批量催化剂洗涤用设备，包括过滤腔室，以及设置在过滤腔室顶部的密封盖，所述过滤腔室内通过管道与溶剂储存罐连通，所述过滤腔室内设有对催化剂溶液作用的过滤装置、以及防止过滤装置堵塞的充气机构，所述充气机构的进气位置置于所述过滤装置下方，所述过滤腔室外部设有对催化剂溶液中废料收集的抽滤瓶，所述抽滤瓶内与抽滤真空泵密封连接。

4、进一步地，所述过滤装置包括密封设置在所述过滤腔室靠近底部位置处的滤芯，所述滤芯上设有多个真空抽滤柱体，所述真空抽滤柱体远离滤芯的一端密封贯穿抽滤瓶，所述真空抽滤柱体内设有多个贯穿滤芯并与抽滤瓶内相通的第一抽滤微孔。

5、进一步地，所述充气机构包括空气压缩机，所述空气压缩机的进气管贯穿所述过滤腔室的外壳通至其内部并设置于滤芯的下方，所述滤芯上均匀分布有第一通气孔。

6、进一步地，所述溶剂储存罐通过导液管与过滤腔室内部连通，所述导液管的一端贯穿所述密封盖靠近过滤腔室内部的上端位置处，另一端贯穿密封盖靠近所述过滤腔室内部的下端位置处并位于滤芯的下方，所述导液管上设有循环工作泵。

7、进一步地，所述过滤腔室内设有升降式过滤筒，所述过滤腔室内位于升降式过滤筒正下方连接有由驱动机构驱动的旋转式密封垫，所述升降式过滤筒的筒底和旋转式密封垫上均设有第二抽滤微孔和第二通气孔，所述第二抽滤微孔和第二通气孔分别与第一抽滤微孔、第一通气孔孔径相同。

8、当催化剂溶液在设备中进行过滤工序时，所述旋转式密封垫与滤芯的上表面完全接触，且所述第二抽滤微孔和第二通气孔分别与第一抽滤微孔、第一通气孔孔径同心设置；

9、当催化剂溶液在设备中完成过滤工序后，所述旋转式密封垫在驱动机构和连接机构作用下实现上升并旋转，当旋转式密封垫与升降式过滤筒的筒底抵触后，所述旋转式密封垫的第二抽滤微孔、第二通气孔，与升降式过滤筒筒底上的第二抽滤微孔、第二通气孔均呈相互错开状，实现升降式过滤筒的筒底的完全封闭。

10、进一步地，所述旋转式密封垫由驱动机构和连接机构实现升降运动，所述驱动机构包括驱动气缸，所述连接机构包括转动设置在旋转式密封垫上的凸轮，所述过滤腔室的内壁上设有供凸轮嵌置的弧形轨道槽。

11、进一步地，所述升降式过滤筒、旋转式密封垫均可由过滤腔室内取出；所述旋转式密封垫由密封橡胶垫材料制成。

12、进一步地，所述过滤腔室的外层包裹有电加热套。

13、进一步地，所述第一通气孔孔径为0.5-1mm。

14、进一步地，所述过滤腔室和真空抽滤柱体均为透明钢化玻璃，所述滤芯为陶瓷材质，所述导液管为不锈钢软管。

15、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

16、1、本发明洗涤设备不同于现有实验室用简单的离心、抽滤的洗涤方式，一方面采用抽滤方式的同时保证去离子水连续性补充加入，实现连续化洗涤以便大批量催化剂的洗涤过滤，另一方面在此基础上设置充气机构，通过空气压缩机、第一通气孔等元器件，过滤腔室内通入气体，同时气体通过滤芯上均匀排布的第一通气孔上上升形成空气柱，使得倒入过滤腔室内的催化剂混合液体在空气柱的作用下处于鼓泡状态，气体在滤芯上方形成气流层，避免过滤时催化剂颗粒下沉至滤芯上堵塞滤芯孔径，影响过滤效率；另外，气体上升在混合液体上方形成正压，施压过程可以加快过滤的过程，提高过滤速度。

17、2、本发明洗涤设备用离子水外置有溶剂储存罐，即可以在外围不停的补充去离子水实现连续洗涤，另外在此基础上设置了循环泵和导液管，导液管上下两端均与过滤腔室内部连通，在循环泵作用下可以进行液体循环，一方面可以将通过滤芯中第一通气孔的溶液抽取再进入过滤腔室，减少催化剂的浪费，另一方面可以实现过滤腔室底部水流的流动，避免抽滤过程中的死水区，导致对催化剂的污染现象，从而本装置可以保证催化剂的清洗更充分。

18、3、本发明洗涤装置设有电加热装置，对于粘度较大的溶液可通过升温降低溶液粘度，加快过滤速度和洗涤效率。

19、4、本发明洗涤装置的抽滤滤芯采用多点式分散滤芯，洗涤过滤过程中水流分布更均匀，加快过滤效率，并且便于后期催化剂的收集。

20、5、本发明设备中另外设计升降式过滤筒，供催化剂溶液在内过滤形成滤饼后，由升降式过滤筒上升以便滤饼的取出；另外，本发明设计旋转式密封垫，在过滤完成后，旋转式密封垫上升同时旋转至与升降式过滤筒的筒底抵触后，旋转式密封垫上的第二抽滤微孔、第二通气孔，与筒底的第二抽滤微孔、第二通气孔相错，从而实现升降式过滤筒底部被完全封闭，此时再在驱动机构的持续作用下，升降式过滤筒整体上升，此时形成滤饼的催化剂粉末在升降式过滤筒内不会由于自重等因素由升降式过滤筒内漏出，以便过滤完成的滤饼可以自本设备中完全取出避免浪费。

21、另外，本设备针对将过滤完成的催化剂滤饼取出的方法，不同于其他过滤设备直接采用网纱制的滤芯，而是采用了升降式滤筒以及旋转式密封垫，两者上通孔设计与滤芯上抽滤微孔、通气孔孔径对应且相同，保证过滤过程中气流顺利通过旋转式密封垫和升降式滤筒作用于催化剂溶液中。

22、6、本发明升降式滤筒与旋转式密封垫独立设置，便于两者的清洁工作，且升降式滤筒可以从本设备中完全取出，便于催化剂滤饼的进一步取出以及升降式滤筒内部的清理。

23、综上，基于上述理由本发明可在燃料电池催化剂设备领域广泛推广。